基于PLC的步进电机系统控制设计

基于PLC的步进电机系统控制设计

一、选题简介、意义

步进电动机是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用。随着微电子和计算机技术的快速发展，步进电动机的需求每天都在增加，研制步进电动机及其控制系统具有十分重要的意义。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

（一）主要内容：

以PLC为基础来控制五相十拍步进电机

（二）拟解决的主要问题

1.PLC控制结构的总体设计；

2.利用PLC实现转速，转矩，方向；

3.控制算法如何实现；

（三）预期目标：

步进电机是一种感应电机，其工作原理是利用电子电路将直流电变成分时供电的、多相时序的控制电流，并用这种电流为步进电机供电，使其正常工作。本课题采用可编程控制器（plc）对五相十拍步进电机进行控制系统的设计，使得步进电机能够完成如下任务：

（1）运用plc控制步进电机的启停，并能对步进电机的转速进行控制，包括高速、中速、低速等功能；

（2）可对步进电机的转向进行控制，即电机正、反转。

（3）掌握步进电机的原理及其驱动方法，掌握FX2N系列PLC的原理与程序设计方法。

（4）PID控制算法

（四）研究步骤：

根据项目需求，本课题必须实现步进电机五个绕组工作顺序。五个开关分别控制启/停，低速、中速，高速运行，正反转的功能。

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅文献，市场调研、收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统构架，进行结构设计。

第三阶段：撰写毕业设计论文并完成初槁。

第四阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

第一章引言

1.1 课题来源及研究意义

1.2 国内外步进电机研究概况

1.3 本文主要研究内容

第二章控制系统硬件设计

2.1 可编程控制器概述

2.2 步进电机概述

2.3 五相步进电机的几种运行方式

2.4控制功能要求

2.5 PLC的选择

2.6 输入/输出地址

2.7 外部接线图

2.8 步进电机的驱动电路

2.9 性能要求

第三章控制系统软件设计

3.1 位移指令控制步进电机

3.2 PID算法控制步进电机

3.3 梯形图设计

3.4 仿真测试

3.5指令表

第四章设计总结

第五章致谢

参考文献

第一章引言

1.1课题研究意义

步进电机实质上是一个微型电机。它的控制方式是由脉冲信号来决定的，他能将脉冲信号转化为角位移或线位移。步进电机有许多的优点，最为拔尖的优点是可以通过在较宽的频率范围内改变脉冲频率来进行调整速度，启停，前进/后退控制和制动控制等，而由它制成的开环系统便宜，简单，非常可行。因此，它们广泛用于打印机和其他办公自动化设备以及各种控制设备应用。随着科技的进步，高速发展的计算机业和微电子业，人们生活水平的提高，研究分析步进电机及其控制系统具有重要意义。

1.2国内外步进电机研究概况

国内外长久以来一直在努力的研究步进电机。国外的步进电机长期以来一直在开发高性能混合结构。我国混合式步进电机研究部较缓慢，到90年代末才渐渐有了起色，现在也慢慢地追上了其他国家。近年来混合动力电机的使用也在不断增加。

步进电机一直有噪声大震动大的缺点，尤其是在低速运行时。近年来，通过研究发现步进电机通过改变减速比等机械传动来避开共振区域，这样哪些缺点就减小了。使用具有细分功能的驱动器; 步进角度更小步进电机（如三相或五相步进电机）可用交流伺服电机代替，几乎可完全克服噪音和振动。磁性阻尼器添加到电机轴上，该产品在市场上有售，但机械结构发生了变化，使步进电机的发展更有前途。

1.3本文主要研究内容

掌握步进电机的原理及其驱动方法，掌握FX2N系列PLC的原理与程序设计方法。控制步进电机的方法选择。能够了解步进电机的驱动电路并学会画制电路图。掌握几种步进电机的运行方式，根据其运行方式编制程序。

结论

PLC技术是一门倾向于应用的学科，所以我们要多一点实践，从小的项目做起，在其中你能慢慢得到设计程序的逻辑思维，并且不断进步

在学习完PLC的理论课程后，我们做了许多的课程设计，当时由于大家才刚刚学习完理论知识，没有实际开发设计的经验，拿到课题后也没有什么思绪，不知道怎么办。但通过慢慢的查阅资料，巩固知识，我们基本学会了PLC的设计步骤和方法。

通过这次毕业设计，我对PLC以及步进电机的工作原理和方法有了更深刻的了解。能够更加重视对细节的把握，更加清晰地利用所学到的知识，将知识运用在实践中，不能只将知识留在大脑里。通过这次毕业设计，我了解到PLC技术不只是一门编程技术，更是一门系统专业课程。PLC可以理解为是一个背嵌式操作系统的稳定可靠的PC机。首先需要精通PLC本身的梯形图编程语言及表达语言，然后要根据实际情况跟深入的了解其他功能。

经过这次的毕业设计，也暴露出了很多缺点和不足。同时也认识到自己的知识储备还远远不够，作为一名工科生，就应该时时刻刻学习，不断掌握新的东西，每次遇到新挑战都能耐下心来慢慢研究。

毕业设计把课堂上学到的理论知识应用到了实践中，在设计过程中深刻体会到了实践和理论的差别，有时理论上的知识都懂了，也能掌握了，但是到了实际生活中发现挑战远非知识而已，实践中的经验是课堂中没法学到的，很多需要动手的经验必须要经过亲自上手才能体会到那种感觉。

在毕业设计中也遇到了不少问题，无论是小组之间讨论，询问老师还是自己查找各种资料，最终问题都慢慢一一化解了，在这过程中我们解决的不仅仅是问题和学习新知识，更重要的是对于新问题的处理能力，今后无论是学习还是工作一定还会遇到更多更棘手的问题，这种能力是必不可少。

参考文献

[1]郭琼.PLC应用技术（第2版）[M],北京：机械工业出版社,2014.

[2]程子华.PLC原理与实例分析[M],北京：国防工业出版社,2006.

[3]张芬,沈胜利.步进电动机及其选用[J].科技信息(学术研究),2007(08):145.

[4]林明星.电气控制及可编程序控制器[M],北京:机械工业出版社,2014.

[5]张进秋.可编程控制器原理及应用实例[M],北京:机械工业出版社,2004.

[6]张新军.电气控制与PLC技术及应用[M],济源:济源职业技术学院出版社,2006.

[7]廖常初.PLC编程及应用[M],北京:机械工业出版社,2005.

[8]谢述双.PLC脉冲控制的步进电机运动控制技术[J].轻工科技,2018,34(02):52-53.